第一章 系统建模与仿真概述
系统建模和仿真概述
工程系统（物理系统）：为了满足某种需要或实现某 个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统，如机 械系统、电气系统等。 非工程系统（非物理系统）：由自然和社会发展过程 中形成的，被人们在长Байду номын сангаас的生产劳动和社会实践中逐 步认识的系统，如社会系统、经济系统、管理系统、 交通系统等。
1.1 系统与模型
3. 系统的分类 按照系统中起主要作用的状态随时间变化分类:
简单系统：组成子系统数量较少，子系统之间的关系 比较简单，或尽管子系统数量较多，但它们之间的关 联关系比较简单。 例如：一台仪器 复杂系统：系统具有众多的状态变量,反馈结构复杂,输 入与输出呈现非线性特征(高阶次、多回路、非线性) 复杂巨系统：子系统数量极大，种类很多，关系复杂 例如：星系系统
连续系统：状态随时间连续变化的系统。 离散事件系统：状态的变化在离散的时间点上发生,且 往往又是随机的系统。 线性系统和非线性系统。 定常系统和时变系统。 集中参数系统和分布参数系统 单输入单输出系统和多输入多输出系统
按照系统物理结构和数学性质分类:
1.1 系统与模型
3. 系统的分类 按照系统内子系统的关联关系分类
系统建模与仿真概述
System Modeling and Simulation
第一章 系统建模与仿真概述
主要内容
• • • • 系统与模型 系统建模 系统仿真 系统建模与仿真技术
1.1 系统与模型
1.1.1 系统 1. 系统的广义定义： 由相互联系、相互制约、相互依存的若干 组成部分（要素）结合起来在一起形成的 具有特定功能和运动规律的有机整体。 举例： 宇宙世界，原子分子，电炉温度调节系统， 商品销售系统，等等。
系统建模与仿真简述
第1章 概述
• 1 .2 仿真的意义阐释
计算机仿真出现的意义： 计算机仿真之前的科研状态分析： 费时费力费用高，周期长，可靠性高，复杂度高的 问题难以解决，缺乏形象性可视性。 计算机仿真之后的科研状态分析： 省时省力省费用，周期短，可靠性高，复杂度高的 问题也能解决，复杂环境下的问题也能解决，形象直 观，可视性、可操控性强。 例如：航天环境下的计算机仿真，核技术中的仿真等。
4
第1章 概述
当下的意义: 建模、仿真能力对年轻的一代IT技术人才已经 不是特长，而是基本的技能和交流工具。 如，ITU(国际电信联盟）第三代通信系统的标 准讨论规定：技术文本与仿真结果必须同时提交， 并且鼓励对其他公司提交的方案进行仿真验证。 我们学习掌握MATLAB仿真，在某种意义上说 是在科学计算、工程设计和工具应用上与国际接
第1章 概述
1
第1章 概述
• 1 什么是仿真？（仿真的 定义和意义） • 2 数学仿真与MATLAB软件 • 3 电子通信系统的建模与 仿真 • 4 本课程的内容与结构概 观
2
第1章 概述
1 .1 什么是仿真？（仿真的定义）
• 系统仿真(Simulation)技术也称为系统模拟技术，简 称“仿真”。 • 计算机仿真：本课程特指自1970年以来发展起来的 利用现代计算机和仿真软件来进行仿真的计算机仿 真技术。由于计算机仿真具有精度高，通用性强， 重复性好，建模迅速以及成本低廉等许多优点。 • MATLAB仿真：是计算机仿真的一种。近年来在计算 机仿真的基础之上，发展了以MATLAB/Simulink为代 表的多种科学计算和系统仿真系统。它使用起来比 利用传统的Fortran、C/C++语言进行仿真可靠、方便、 快捷。
系统建模和计算机仿真课程总结
系统建模和计算机仿真课程总结第一章1.系统：按照某些规律结合起来，互相作用、互相依存的所有实体的集合或总和。
模型：真实对象、对象间关系的特性抽象，描述某些系统本质。
仿真：通过对模型的实验以达到研究系统这个目的。
2.同态：系统与模型在行为级上等价。
同构：系统与模型在结构级上等价。
黑箱：可观测输入、输出值，但不知内部结构的系统（通过输入和输出推断其内部结构）白箱：已知内部结构的系统(灰箱：介于黑箱和白箱之间)3.演绎：应用先验理论，补充假设和推理，通过数学逻辑演绎建模，是一个从一般（抽象）到特殊（具体）的过程。
归纳：从系统的行为级开始，逐步获得系统结构级的描述。
是一个从特殊（具体）到一般（抽象）的过程。
推理结果往往不是唯一解。
4.面向对象仿真：从人类认识世界模式出发，使问题空间和求解空间一致，提供更自然直观、可维护、可重用的系统仿真框架。
定性仿真：力求非数字化，以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结构输出，通过定性模型推导系统定性行为描述。
智能仿真：力求非数字化，以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和结构输出，通过定性模型推导系统定性行为描述。
可视化仿真：用于为仿真过程及结果增加文本提示、图形、图像、动画表现，使仿真过程更加直观，并能验证仿真过程是否正确。
虚拟现实仿真：由计算机全部或部分生成的多维感觉环境，给参与者产生各种感官信号，若视觉、听觉、触觉等，使参与者身临其境。
第二章1.系统建模原则：（1）可分离原则：系统中的实体不同程度上均相互关联，结合建模目标合理忽略某些关联。
依赖于系统环境的界定、系统因素的提炼即约束条件与外部条件的设定。
（2）合理假设原则：任何模型的建立均应基于某些合理的假设，以简化模型，有利于仿真的实现。
（3）因果性原则：系统的输入和输出满足函数映射关系。
（4）可测量、选择原则：输入量和输出量可量化。
2.系统模型分类：（1）根据模型的时间集合连续时间模型：时间用实数表示，系统的状态可以在任意时刻点获得。
系统建模与仿真-第1章 导论
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1.1 系统
三、 西方主要系统流派
(1)以麦萨罗维克(M.Mesorovic)为代表的数学系统学派。 (2)以霍尔(Arthur D.Hall)等人为代表的系统分析学派。 (3)以阿考夫(Russell Ackoff)为代表的运筹学派。 (4)特洛卡勒(Len Trocale)创立的耦合命题学派。 (5)福雷斯特(Jay W.Forrester)创立的系统动力学学派。 (6)以奥杜姆(Howard T.Odum)为代表的系统生态学派。 (7)以比尔(Stafford Beer)为代表的活力系统学派。 (8)以亚伯拉罕(Ralph Abraha。m)为代表的动态系统学派。
1.3 系统仿真
1.3.1系统仿真的定义与特点
定义1.3.1：通过对替代物或模仿品的实验分析对与 之相似的原型系统进行研究的过程称为系统仿真。 系统仿真包含三个基本要素：实际系统、数学模型、 计算机。系统仿真过程的实现则要通过三项基本活动： 建立模型、实验仿真、结果分析（如图1.3所示）。
1.3 系统仿真
。 。
1.1 系统
四、中国的系统科学研究与应用
50年代中期，钱学森和许国志把运筹学从西方带到中国 50年代未期，中国科学家开始将运筹学应用于国民经济发展。 20世纪70年代，在钱学森、宋健、许国志等人的大力倡导下， 中国出现了新的系统科学研究热潮。 华罗庚提出的解决国民经济大范围优化问题的“产综正特征矢 量法”，钱学森提出的“综合集成方法”，都极大地丰富了系 统科学方法论。70年代末80年代初，中国学者创立了一批系统 科学新学科，其中邓聚龙创立的“灰色系统理论”、吴学谋提 出的“泛系理论”和蔡文创立的“物元分析”，都在国际上产 生了一定影响。
生产系统建模与仿真课件第1章仿真概述
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1.3 系统建模与仿真的发展趋势
3 发展趋势
总体而言，计算机仿真技术正朝一体化建模与仿真环境的方 向发展，其主要热点为： 面向对象仿真：从人类认识世界的模式出发，提供更自然、 更直观、具有可维护性和可重用性的系统仿真框架； 定性仿真：以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和 结构输出,研究系统的定性行为,突破传统定量仿真的局限； 智能仿真：把以知识为核心和人类思维行为为背景的智能技 术，引入建模与仿真过程； 分布式仿真：通过计算机网络将分散在不同地点的仿真设备 互联，构成时间和空间相耦合的虚拟仿真环境；
系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实现”。
• 1978年Korn在《连续系统仿真》一述中将仿真定义为“用能 代表所研究的系统的模型做实验”。 • 1984年Oren提出“仿真是一种基于模型的活动”，被认为是 现代仿真技术的一个重要概念。
• 基本共同观点是：仿真是基于模型进行的。
• 仿真是对真实世界的模拟。
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1.2 流行仿真软件简介
4 RaLC(乐龙)
乐龙软件由日本人工智能服务有限公司开发，完全中文化 界面，点击按钮即可在三维立体画面上显示出的对象物体，通 过对这些对象物体的配置来进行设计，对各个对象物体的形状 和规格，即使在仿真执行中也很容易可设置其属性。可以非常 直观且简单的建模。用户独创性机器设备可以与模型整合。人 工作业功能的作业管理器也可以说是杰作，如，对于“分拣、 验货、包装、搬运” 等一系列作业，用户既可以让多数人来 分担，又可以使工人互相协助;或设定作业优先度等。仅仅选 用内设菜单选项即可简单完成这些复杂的作业运行，不需要任 何复杂编程，且附带有能自动生成最短行进路径的智能化功能。
系统建模与仿真讲义
通过实验或经验数据，确定数学模 型的参数值。
03
02
建立数学模型
根据系统特性，选择合适的数学模 型描述系统的动态行为。
模型验证与修正
对建立的数学模型进行验证，并根 据实际需求进行必要的修正。
04
仿真实验设计与分析
实验方案设计
根据仿真目标，设计合理的实验方案，包括 实验条件、输入输出等。
概率模型
概率分布
概率分布是描述随机事件发生可能性的数学工具，常见的概率分布有二项分布、 泊松分布、正态分布等。
随机过程
随机过程是描述一系列随机事件随时间变化的模型，例如马尔科夫链和泊松过程 等。
03
系统仿真基础
仿真模型的建立与实现
01
确定系统边界
明确仿真目标，确定系统边界，将 系统划分为可管理的子系统。
系统建模与仿真讲义
汇报人： 日期:
目录
• 系统建模概述 • 数学建模基础 • 系统仿真基础 • 仿真技术的应用 • 系统建模与仿真的挑战与未来
发展
01
系统建模概述
定义与目的
定义
系统建模是对真实系统进行抽象、简 化和描述的过程，通过数学、逻辑和 图形等工具来表示系统的结构、行为 和性能。
目的
系统建模的目的是为了更好地理解、 分析和预测系统的行为，为系统设计 、优化和控制提供依据。
模型改进
根据性能优化需求，对数学模型进行改进，提应用于实际系统设计、分析和优化中，发挥仿真的价值和作用。
04
仿真技术的应用
工业系统仿真
总结词
工业系统仿真通过模拟工业生产过程，帮助企业优化生产流程、提高生产效率和降低成本。
详细描述
工业系统仿真通过对生产线的布局、工艺流程、设备运行等进行模拟，发现潜在的问题和瓶颈，为企 业提供改进方案。同时，仿真技术还可以用于新产品开发和设计阶段，预测产品的性能和可行性。
《系统建模与仿真》课程简介
《系统建模与仿真》课程简介♦课程意义：在复杂自适应系统与基于复杂自适应系统的多主体仿真建模这门新学科之前，除工程管理领域外，计算机在社会科学中的应用大多还停留在一种记录文档、统计数字的辅助工具，而不能像在自然科学或工程技术领域内一样为社会科学提供一种新的研究手段。
随着复杂性科学的兴起，越来越多的社会科学研究者逐渐发现计算机仿真是理解复杂的社会——经济系统动态过程的优良手段。
自20世纪90年代，国外社会科学界开展了复杂系统理论与计算机仿真建模相结合的广泛深入研究，并明显呈现出越来越深远广泛的发展前景。
建模与仿真是指构造现实世界实际系统的模型和在计算机上进行仿真的有关复杂活动，它主要包括实际系统、模型和计算机等三个基本部分，同时考虑三个基本部分之间的关系，即建模关系和仿真关系。
系统建模与仿真技术的发展已经渗透到各行各业．特别是在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育训练系统等方面得到了广泛深入的应用。
系统仿真与建模研究是一个相当新的研究领域，尤其对于信息管理与信息系统专业的学生来说，这应该是一门专业必修课。
该门课程对于计算机网络、数据挖掘、公共安全甚至是社会信息经济等领域等的理论建模方面具有重要的作用。
通过这门课程的学习，主要培养学生的数学建模思想与计算机仿真手段的综合应用能力，提高学生在各个领域的计算机应用能力，能综合利用计算机仿真手段，分析现实社会中的某些复杂的现象，从而为分析解决现实中的这些问题提供决策支持。
♦课程内容：主要介绍了系统科学与复杂理论在经济学等社会科学中的应用,以及各种社会科学计算机模型。
简单介绍传统的建模理论方法，及其学科前沿的应用，重点介绍复杂网络基本理论及其应用，针对目前复杂网络的研究热点问题，如传播模型、崩塌模型等进行研讨分析。
具体如下：第一部分：建模理论和基本方法♦计算机建模方法的基础理论♦模型的简化和建模的一般系统理论♦随机数的产生、♦离散时间和连续时间模型的仿真、离散事件模型及其仿真策略♦系统仿真结果分析第二部分：建模与仿真的学科前沿，♦基于Agent的建模方法及Swarm仿真♦离散事件系统的建模工具——Petri网♦系统动力学与dynamo语言第三部分：复杂网络理论及其应用♦复杂网络基本理论♦网络拓扑模型及其性质♦Internet拓扑特性及建模♦关于复杂网络的研究热点✓复杂网络的传播机理与动力学分析✓复杂网络的相继故障✓复杂网络中的搜索、同步和控制问题等。
第一章建模与仿真的基本概念
第 1 章建模与仿真的基本概念1.1 引言1.1.1 建模与仿真的作用和历史发展1、建模：利用数学手段或其他方法对事物或真实世界进行描述。
2、建模与仿真成为当今现代科学技术研究的主要内容，建模与仿真技术也渗透到各个学科和工程技术领域。
1.1.2 建模活动建模活动是具有特殊形式的人与外界的相互作用，它是有两个不同的步骤组成：1、模型的建立或形式化，产生出一个现实世界系统的模型，它是人类通过一种抽象的表示方法以获得对自然现象的充分理解；2、对形式化模型进行分析与利用，以便掌握如何按照人类的意志对现实系统进行控制。
1.1.3计算机仿真1、复杂模型的求解。
2、优越性：（1 ）可以求解许多复杂而无法用数学手段解析求解的问题；（2 ）可以预演或再现系统的运动规律或运动过程；（3 ）可以对无法直接进行实验的系统进行仿真试验研究，从而节省大量的资源和费用。
1.2建模与仿真的基本概念1.2.1建模与仿真的定义建模与仿真是构成现实世界实际系统的模型和在计算机上进行仿真的有关复杂活动。
它主要包括实际系统、模型和计算机三个部分。
实际系统模型仿真计算机图1.1建模与仿真的基本组成与两个关系建模关系主要研究实际系统与模型之间的关系；仿真关系主要研究计算机的程序实现与模型之间的关系。
1.2.2 实际系统包括三要素：实体、属性和活动。
1.2.3模型与建模关系1、模型：是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述，它以各种可用的形式提供被研究系统的描述信息。
2、系统模型的结构性质：（1）相似形。
模型与真实系统间在属性上具有相似的特性和变化规律。
（2）简单性。
实用的前提下，模型越简单越好。
（3）多面性。
由许多实体组成的系统来说，由于其研究的目的不同，就决定了所要收集的与系统有关的信息也是不同的。
所以用来表示系统的模型并不是唯一的，对同一个系统可以产生相应于不同层次的多种模型。
3、模型的有效性（1）复制有效：在输入输出数据是相匹配的，就认为模型是复制有效。
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第一章系统建模与仿真概述
系统：系统是由两个以上相互区别或相互作用的单元有机的结合在起来，完成某一功能的综合体。
系统的特征：1.系统的整体性
2.系统的层次性
3.系统的相关系
4.系统的目的性
5.系统对环境的适应性系统：
模型：模型是对系统的特征要素，有关信息和变化规律的一种抽象表述、它反映
了系统某些本质属性，描述了系统各要素间的相互关系，系统与环境之间的相互
作用。
模型的意义：1.客观实体系统很难做试验，或者根本不能做实验。
2.对象问题虽然可以做试验，但是利用模型更便于理解。
3.模型易于操作，利用模型的参数变化来了解现实问题的本质和规
律更加经济方便。
系统模型的种类：抽象模型和形象模型
抽象模型：数学模型图形模型计算机模型概念模型
形象模型：模拟模型实体模型
建立模型的步骤：
1.弄清问题，掌握实际情况
2.搜集资料
3.确定因素之间的关系
4.构造建模
5.求解模型
6.检验模型的正确性
系统建模预防针的一般方法和步骤（P17）
仿真的发展趋势：建模方法面对对象仿真分布交互仿真人工智能与
计算机仿真虚拟现实仿真 Internet网上仿真
第二章商贸物流系统建模与仿真
商贸流通在社会经济中的地位与作用：1，商贸流通是连接生产和消费的纽带；
2，商贸流通对生产具有反作用；
3，商贸流通是国民经济现代化的支柱。
商贸活动的内容： 1，商流，对象物所有权转移的活动称为商流。
2，物流，是指事物从供给方向需求方的转移。
3，资金流，主要是指资金流的转移过程，包括付款，转账等过程，是
整个商贸活动的目的。
4，信息流，指商品信息的提供，商品促销信息，技术支持，售后服务
等内容，也包括诸如询单价，报单价，付款通知单，转账通知单等商业贸易单证以及交易
方的支付能力和支付信誉。
预测：所谓预测就是人们对某一不确定的或未知事件的表述。
预测的作用：从变化的事物中找出使事物发生变化的变化的固有规律，寻找和研究各种变化现象的背景及其演变的逻辑关系，从而去揭示事物未来的面貌。
判断预测方法：一，部门负责人评判预测法；二，销售人员估计法；三，德尔菲法；四，
历时类比法。
德尔菲法：依靠技术专家小组背靠背景来判断，来代替面对面的会议，是不同专家将分歧的幅度和理由都能够表达出来，经过客观分析以求达到客观规律的一致意见。
时间序列预测技术：一，移动平均预测法（计算题p30例2）；
二，指数平均预测法。
DRP：是分销需求计划的简称，它是MRP原理和技术在流通领域中的应用。
该技术主要解决分销物资的应用和调度问题，其基本目标是合理进行分销物资和资源配置，以达到既有效
地满足市场需求优势的配置费用最省的目的。
*DRP的基本概念 1.库存：指仓库或物流中心实际存在的物资数量。
2.安全库存：为便于生产经营活动正常进行，防止因需求货供应的波动
引起缺货或停工待料，经常在仓库各项目保持一定数量的计划库存量，
成为安全库存。
3.期初和期末库存：指在论述的时间段开始和结束时本单位的实际库存。
4.进货提前期：指从发出订货到所定货物运回并入库所需要的时间长度。
5.送货提前期：指从接收订单到货物送到用户手中并接收入库的时间长度。
6.在途物资：指供应商已经接受订单备货，但尚未来到本单位入库的物资。
7.订货批量：指一次订货所订的物资数量。
8.时间周期：就是根据实际需要划分的时间段信息，如一日，周，月划分。
9.计划期：是指DRP尽心运算的整个时间段，可能是一个月，一个季度
或一年，他可划分为几个计划周期。
10.物流中心：从事物流活动的具有完善的信息网络的场所或组织。
BOD简介：B OD是MRP中物料清单BOM的概念和结构在分销领域的运用，它同BOM在产品结构树中连接各零件和成品一样，在供应方和各个需求方之间架起了一座沟通的桥梁。
DRP在分销网络中的运作原理（p43DRP原理图）
DRP在分销网络的作用：反映各个物流中心的进货，送货问题。
DRP运行逻辑（图表p45）
物流资源计划(LRP)：以物流为基础手段，打破生产与流通界限，集成制造资源计划，分销需求计划以及功能计划而形成的物资资源优化配置方法。
LRP的设计思想：LRP的基本动机，是想即使用于生产领域又适用与流通领域，以利于既搞生产又高流通的企业来制定物资计划。
MRP：物料需求计划
第三章供应链系统建模与优化
供应链：是生产及流通过程中，涉及将产品或服务提供给最终用户活动的上
下游企业所形成的网链结构。
供应链的特征：复杂性动态性面向用户需求交叉性创新性风险性
供应链的结构模型：链状和网状结构模型
供应链管理决策内容：采购制造运输储存销售
供应链集成模型 (P65)重要
供应链合作关系：是供应商与制造商之间在一定时期的共享信息，共担风险
，共同获利的协议关系。
供应链合作关系的特征：就是以物流为核心转向以合作为核心。
在合作逻辑
思想指导下，供应商和制造商把他们相互需求和技术集成在一起，以实现为
制造商提供最有用产品的共同目标。
建立供应链合作关系的步骤：
1.建立供应链战略合作关系的需求关系
2.确定标准，选择供应商，选择合作伙伴
3.正式建立合作关系
4.实施和加强战略合作关系
招标法：它是由企业提供招标条件，各招标合作伙伴进行竞争，然后由企业
决标，与提出最有利条件的合作伙伴鉴订合同或协议。
特点：竞争性强，
选择更合适的合作伙伴，但手续繁杂，时间长。
层次分析法：它的基本原理是根据具有阶级结构的目标，子目标，约束条件
部门等评价方案，采用两两比较的方法确定判断矩阵，然后把判断矩阵的最
大特点相对应的特征向量的分量作为相应的系数，最后综合给出个方案的权
重。
特点：可靠性高误差小但遇到的因素众多难以进一步对其分组。
模型描述组合优化过程表述（P75）
第四章生产物流系统建模与仿真。